Mini Curso Ontologias Erebd 2009

Mini-Curso sobre Ontologias Profa. Gisele Dziekaniak ICHI – FURG Grupo de Pesquisa EDUTEC/CNPq Encontro Regional de Estudantes de Biblioteconomia e Documentação da Região Sul EREBD Sul FURG, 2009 Rio Grande – RS

Agenda

Cenário em que atuam as ontologias

Ontologias: o que são? Para que servem?

Ontologias: elementos e características

Tesauros e/ ou ontologias

Visitando alguns editores: Protégé, OntoKEM

Exercícios

Considerações finais

Fonte: http://www.wordle.net

Representação do Exercício político Domínios Conhecimento Consenso Continuidade Especialistas do Visão de mundo domínio Evolução Tipologia ONTOLOGIA Relações entre Hierarquias (Classes, subclasses, instâncias) conceitos Estruturas lógicas e Linguagens programação axiomas Editores de ontologia Principais autores Metodologias Principais projetos Vocabulário controlado Linguagem documentária

“ N ó s e s t a m o s n o s a f o g a n d o e m i n f o r m a ç ões e c o m s e d e d e c o n h e c i m e n t o ” (Naisbitt, 2000)

Web 2.0

“ Web 2.0 é a mudança para uma internet como plataforma, e um entendimento das regras para obter sucesso nesta nova plataforma. Entre outras, a regra mais importante é desenvolver aplicativos que aproveitem os efeitos de rede para se tornarem melhores quanto mais são usados pelas pessoas, aproveitando a inteligência coletiva "

(Tim O'Reilly, 2004)

Web Semântica

Que é semântica?

Padrões e ferramentas

SIGNIFICADO ao conteúdo!!!

Alta relevância nos resultados

Domínios do conhecimento

Folksonomia (Del.icio.us,

flickr,YouTube...)

...Web Semântica

Mundo HTML

Confusão semântica

Deep web

Principais autores Berners _Lee , Ora Lassila, James Hendler, O’Reilly

Camadas Web Semântica

A camada ontológica!

Representar conhecimento

Definir conceitos e relações

Aplicar regras de inferência

Linguagens: OWL (Web Ontology Language), SUO-KIF, DAML, OIL, Cycl

Editores: Protégé, OntoKEM, DocOnto, Chimaera

Ontologias: o que são?

Conceitos clássicos:

“ é um conjunto de termos ordenados hierarquicamente para descrever um domínio que pode ser usado como esqueleto para uma base de conhecimentos”. (Gómez-Pérez, 1999)

...ontologias: o que são?

Fornecem suporte para a evolução de vocabulários e para processar e integrar a informação existente sem problemas de indefinição ou conflito de terminologia

(Ribeiro, 2009)

...ontologias: o que são?

“ Especificação formal e explícita de uma

conceitualização compartilhada”

(Gruber, 1993)

Legível por máquina Conceitos e restrições públicos Modelo abstrato fenômenos do mundo (conceitos) Consenso do domínio

Componentes de uma ontologia

Os componentes básicos de uma ontologia são:

Classes (organizadas em uma taxonomia)

relações (representam o tipo de interação entre os conceitos de um domínio)

axiomas (usados para modelar sentenças sempre verdadeiras)

instâncias (utilizadas para representar elementos específicos, ou seja, os próprios dados) (Gruber, 1996; Noy & Guinness, 2001).

Construção de ontologias

Princípios (clareza, legibilidade, coerência, extensibilidade, mínima codificação)

Metodologias (Processo iterativo, com revisões constantes)

101 (Noy & McGuinness – Universidade de Stanford, CA)

On-To-Knowledge (Mike Uschold – Universidade de Edimburgo, UK)

Methontology (Goméz-Pérez – Politecnico de Madrid)

Linguagens

SHOE

DAML

OIL

OWL (lite, full, DL)

CycL

Definição das classes

Arrumação classes em hierarquia taxonômica (subclasses e superclasses)

Definição propriedades (atributos) e valores para as mesmas

Preenchimento valores das propriedades em cada instância

Utilizar raciocinadores ( Pellet , FaCT,..)

Construção de ontologias

Determinação Domínio e Escopo : Perguntas de competência

Domínio que se deseja cobrir com a ontologia?

Qual o propósito de sua utilização?

Quem vai utilizar e manter a ontologia?

Usam terminologia, axiomas do domínio e definições

São as questões que a ontologia se propõe a responder

Ferramenta desktop – Universidade Stanford

Possui milhares de usuários (± 119 mil)

É flexível (interface gráfica)

Integra componentes (pluggins)

Jambalaya, OntoViz,...

RDF, XML, OIL, OWL, topic maps,

Protégé

Classes Conjuntos ou coleção de indivíduos (objetvos, pessoas, coisas) que compartilham de um grupo de características que os distinguem dos demais (BREITMAN, 2005) Para definir uma classe se usam PROPRIEDADES... Classe dos países que são centrais Classe das pessoas que vivem nos países centrais Classe dos cães que têm donos que vivem nos países centrais A propriedade é quem define a classe Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Classes disjuntas

Ex.: Área urbana e área rural

Não dá para ser duas classes ao mesmo tempo (preciso contar isso para a ontologia!)

Não pode acontecer!!!!

Uma ontologia no Protégé Fonte: http://areaweb.com.br/websemantica/figuras/protege_tela.gif

Hierarquia de classes inicial Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Hierarquia de classes Todos indivíduos que são membros da classe TomatoTopping são membros da classe Vegetable Topping e Pizza Topping , uma vez que se estabeleceu que Tomato Topping é subclasse de Vegetable Topping, que por sua vez é subclasse de Pizza Topping Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Individuals (instâncias)

Exemplo em OWL:

<autor rdf:ID=“Jose_de_Alencar” />

São objetos do mundo. Pertencem a classes e são relacionados a outros indivíduos (e classes) através de propriedades. São membros de uma classe. (BREITMAN, 2005) Autor Autor_internacional Autor_nacional Jose_de_Alencar Guimaraes_Rosa Ubaldo_Ribeiro

DataType Property (Propriedades) Object Property (Relações) Relação binária entre indivíduos Serve para descrever atributos e relacionamentos entre classes, fatos em geral. Dois tipos propriedades em OWL: Object Properties  Relações entre classes Ex.: João é pai de Maria Data Properties  relações entre instâncias e tipos Ex.: Maria nasceu em 1990 Ex.: Maria tem 17 anos Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Outras Propriedades Inverse Properties Transitive Properties Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Domínio e Range

<DOMINIO> relacao <RANGE>

Ex: Livro escritoPor autor

<dominio> <verbo> <range>

Ex2: Autor escreve livro (propriedade inversa)

<dominio> <verbo> <range>

Mais exemplos...

Restrições Para que algo seja uma pizza é necessário que tenha pelo menos uma PizzaBase ; uma Pizza é uma subclasse de coisas que tem pelo menos um PizzaBase Fonte: http://www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl/

Restrições

Para ser um avião é necessário que voe, tenha um piloto, tenha asas,...

Se não tiver estas características a ontologia não considera o objeto como avião

Do mesmo modo que:

Se não dissermos à ontologia que um avião possui estas propriedades, a ontologia não saberá o que é um avião

Tipos de Restrições

Existenciais (Ǝ) {has_class} – especificam que existe pelo menos um relacionamento que atende à restrição

Os macacos comem bananas, mas tb outras coisas (outras frutas,...)

Universais ( ) {to_class, all restriction} – se o relacionamento existir, só pode ser com indivíduos que pertencem a classe indicada

Macacos ou comem bananas ou não comem nada

...restrições nas classes

Condição necessária

“ Se algo é membro desta classe então é necessário que cumpra estas condições”

Ex.: Para ser um animal é preciso ter vida, respirar, tem membros para se locomover e se alimentar

(Isso não impede que um ente que não apresente estas características deixe de ser um animal)

Concordam? Por quê?

Condição necessária e suficiente

Qualquer indivíduo que satisfaça às condições pode ser classificado como membro dessa classe.

Ex.: Carnívoro come carne

OWL:

Class ( Carnivoro complete

Thing

Restriction ( come someValuesFrom Animal ))

OWL: Class ( Carnivoro complete Thing Restriction ( come someValuesFrom Animal )) Fonte: BREITMAN, K. (2005)

OWL:

Class (Gato partial

Felino

Restriction (emite_som allValuesFrom Miado)

Restriction (tem_patas value 4)

Restriction (come_someValuesFrom Carpa)

Fonte: BREITMAN, K. (2005)

Revendo... Ser_vivo Exemplo Ontologia de Animais - Fonte: BREITMAN, K. (2005) Animal Planta Arvore Grama Pessoa Felino Carpa Jacare Lagarto Mosquito Leao Gato Aegis Pernilongo Carpa_bege Carpa_azul Inseto Peixe Reptil Passaro Mamifero Vaca

Animal Planta Arvore Grama Pessoa Felino Carpa Jacare Lagarto Mosquito Leao Gato Aegis Pernilongo Carpa_bege Carpa_azul Ser_vivo Carnívoro A inserção da classe necessário e suficiente não há grande impacto na ontologia mas impacta na utilização do MECANISMO DE INFERÊNCIA Inseto Peixe Reptil Passaro Mamifero Vaca

Aplicando o raciocinador Carnivoro Passaro Pessoa Jacare Lagarto Leao Gato Classes identificadas automaticamente pelo mecanismo de inferência Como carpa é subclasse de Peixe que é subclasse de Animal, o classificador categoriza gato como carnívoro  Fonte: BREITMAN, K. (2005)

Ontologias são tipos de tesauros?

Ontologias são hierarquias e também relações!

...Então ontologias são tesauros???

Não...

...em um tesauro os tipos de relacionamentos são finitos...e não é permitido criar novos tipos de relações!

...em uma ontologia sim!

Tesauros e/ou ontologias

ONTOLOGIAS

Relações: gênero-espécie, parte-todo, equivalência, associação, lugar-região, material-objeto, causa-efeito, localização, membro-conjunto, fase-processo, disjunção, restrição valor

Objetivos: classificação do conhecimento, reuso de informações, fornecer vocabulário a um dado domínio e recuperar

TESAUROS

Relações: gênero-espécie, parte-todo, equivalência, associação

Objetivos: refinar buscas e fornecer consistência na indexação; localizar a informação desejada em um dado acervo

Exercícios

1) Identifique o tipo de relações e os tipos de propriedades e complete quando solicitado

1.a) Florianópolis hasPart Joaquina

Joaquina isPartOf __________

Propriedade: ___________

1.b) SC hasPart Florianópolis hasPart Joaquina

SC hasPart Joaquina

Joaquina isPartOf __________

Propriedade: _____________

1.c) Maria tem 15 anos

Propriedade:______________

1.d) Maria é filha de João

Propriedade:__________________

Exercícios

2) Elabore um esquema demonstrando um exemplo de classes disjuntas

3) Crie um axioma e identifique o que é o range e o que é o domínio na estrutura

4)

2) Elabore um esquema demonstrando um exemplo de classes disjuntas 3) Crie um axioma e identifique o que é o range e o que é o domínio na estrutura 4) Crie um modelo de ontologia através de grafos (árvore hierárquica) e “pendure” nela classes e instâncias que considere pertencentes ao domínio (não esqueça o princípio da herança...) + Exercícios

Considerações

Web 2.0 X Web 3.0

Web 2.0  Colaboração, mash-ups

Ex.: Wikis, blog do EREBD com GoogleMaps, GoogleChrome,...é Ajax!

Web 3.0  LN, pertinência

Ex.: férias em um lugar quente

...considerações

Não basta saber criar ontologias...

Colaboração especialistas

Consensualidade

Compreender domínio do conhecimento

Organismo vivo! (isso lembra alguma coisa?)

Metodologia definida

Visibilidade e uso

Aceitar que não há como voltar atrás...

De onde viemos?

Para onde vamos?

Será que lá tem internet?

Joel Perozo (2008)

Referências

ALMEIDA, M. ; BAX, M. Uma visão geral sobre ontologias... Ciência da Informação , Brasília, v. 32, n. 3, p. 7-20, set./dez. 2003.

BERNERS-LEE, T.;MILLER, E. The semantic web lifts off. ERCIM News , n. 5, out. 2002. Disponível em: http://www.ercim.org/publication/Ercim_News/enw51/berners-lee.html

BREITMAN, K. Web semântica: a internet do futuro. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

DAVIES, J; FENSEL, D; HARMELEN, F. van. Towards the Semantic Web: Ontology driven knowledge management. John Wiley, West Sussex, 2003.

FALBO, R.; et al. Ontologias e ambientes de desenvolvimento de softwares semânticos. Disponível em: http://www.inf.ufes.br/~falbo/download/pub/2004-JIISIC-1.pdf Acesso em: 20 maio 2007. NASBITT, J. Megatrends, 2000.

GÓMEZ-PÉREZ, A ; Benjamins, R. (1999) Overview of Knowledge Sharing and Reuse Components: Ontologies and Problem solving Methods. Workshop on Ontologies and Problem-Solving Methods: Lessons Learned and Future Trends (IJCAI99).

GUARINO, N.; WELTY, C. Towards a methodology for ontology based model enginnering. France, 2000. Disponível em: http://citesser.ist.psu.edu/312206.html

+ referências...

GÓMEZ-PÉREZ, A.; Manzano-Macho, D. (2003) A survey of ontology learning methods and techniques. Disponível em: http://ontoweb.aifb.unikarlsruhe.de/Members/ruben/Deliverable%201.5 (Outubro 2003).

GRUBER, T. What is an ontology? (2003)Disponível em: <http://wwwksl.stanford.edu/kst/what-is-an-ontology.html>

HORRIDGE M.;et. all. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protégé-OWL Plugin and CO-ODE Tools. Manchester University, England, 2004. Disponível em: http:// www.eci.ufmg.br/mba/onto_owl / (tradução em port.)

NOY, N; MCGUINESS, D: Ontology Development 101: a guide to create your first ontology. Stanford University, USA, 2002.

RIBEIRO, A. L. Elementos da web semântica. Disponível em: http://adagenor.blogspot.com/2008/03/as-camadas-da-arquitetura-da-web.html

USCHOLD, M.; GRUNINGER, M. Ontologies: principles, methods and application. Knowledge Engineering Review, v. 11, 1996, p. 93-155. Disponível em: http://citesser.ist.psu.edu/uschold96ontologie.html

W3C SEMANTIC WEB ACTIVITY. In: Proceedings of the semantic web kick-off seminar . Finlândia, 2003. Disponível em: http://www.w3.org/2003/12/semweb-fin/w3csw

Obrigada! giseledziekaniak@yahoo.com.br Grupo pesquisa EDUTEC CNPq/FURG www.grupoedutecfurg.blogspot.com

Fonte: W3C

Deep Web é cerca de 500 vezes maior que a web de superfície!!! Enxergam docs HTML estáticos, localizados em servidores web Fonte: http://en.wikibooks.org/wiki/Social_and_Cultural_Foundations_of_American_Education/

Layout HTML (exemplo) Fonte: MARCONDES (2006) http://www.professores.uff.br/marcondes/Web%20semantica.htm

Indexação das páginas HTML pelos motores de busca

<HTML>

<HEAD>

<TITLE> Exemplo de HTML simples </TITLE>

</HEAD>

<BODY>

<H1> Este é o primeiro nível de cabeçalho </H1>

Bem-vindo ao mundo do HTML.

Este é o primeiro parágrafo.<P>

E este é o segundo .<P>

</BODY>

</HTML>

Fonte: MARCONDES (2006) http://www.professores.uff.br/marcondes/Web%20semantica.htm

A seguinte lista de palavras chaves seria obtida por um robô que desprezasse as marcações e considerasse somente as palavras, desconsiderando as palavras não significativas:

ao

bem-vindo

cabeçalho

de

do

este

é

exemplo

HTML

mundo

nível

o

parágrafo

primeiro

segundo

Simples

Conteúdo Indexado Representação condizente? Está se falando sobre cabeçalho , parágrafo, primeiro ou sobre um exemplo de página em HTML? Fonte: Adaptado de MARCONDES (2006) http://www.professores.uff.br/marcondes/Web%20semantica.htm

Link para vídeo do Berners-Lee no YouTube

Exemplos Domínio e Range